「生物電子醫學」黑科技！這種硬幣狀植入物可加速神經再生

研究於10月8日以「Wireless bioresorbable electronic system enables sustained nonpharmacological neuroregenerative therapy」為題發表在《Nature Medicine》雜誌。

DOI：https://doi.org/10.1038/s41591-018-0196-2

該項研究合作者，西北大學的材料科學家和工程師以及華盛頓大學的神經外科醫生開發的這種裝置在手術修復過程之後，可以向受損的大鼠周圍神經傳遞規律的電脈衝，加速腿部神經的再生，並增強肌肉力量和控制力的最終恢復。這種無線裝置只有十美分硬幣大小，厚度相當於一張紙，在自然吸收到人體內之前，它的工作時間約為兩周。

手術治療弊端

對於需要手術的病例而言，標準做法是在手術期間給予一些電刺激以幫助恢復。但目前為止，醫生們還沒有一種方法在整個恢復和治癒過程中的不同時間點持續提供額外的刺激。雖然這種裝置尚未在人體中測試過，但這一發現為神經損傷患者提供了一種未來的治療選擇。

華盛頓大學神經外科、生物醫學工程和矯形外科副教授Wilson Z. Ray說:「我們知道手術期間的電刺激有所幫助，但是一旦手術結束，介入的窗口就會關閉。而有了現在這種裝置，我們能夠證明，定期電刺激可以進一步增強神經恢復。」

生物集成技術先驅John Rogers為這項研究的共同通訊作者，在過去的八年里，他和他的實驗室已經開發了一整套電子材料、設備設計和生物降解設備製造技術。當Ray和他在華盛頓大學的同事們發現需要基於電刺激的療法來加速傷口癒合時，Rogers和西北大學的同事們便共同開啟了這項工作。

無線設備在一兩周後會自然地吸收到人體內。（來源：西北大學）

安全、可控的新設備

他們開發的這種裝置薄而靈活，可以包裹受傷的神經，由體外的發射器無線供電和控制，並在特定時間點進行放電刺激，直到該裝置在體內無害降解。

研究人員隨後對坐骨神經損傷大鼠進行了這一生物電子設備的研究。這條神經在腿部上下傳遞信號，控制小腿和足部的腘繩肌和肌肉。他們使用該裝置每天給大鼠提供一小時的電刺激，持續一、三、六天，或者完全不進行電刺激，然後監測它們在接下來10周內的恢復情況。

他們發現，在幫助大鼠恢復肌肉質量和肌肉力量方面，任何電刺激都比不電刺激要好。此外，大鼠接受電刺激的天數越多，恢復神經信號和肌肉力量的速度就越快、越徹底。沒有發現該裝置及其再吸收的不良生物效應。

Ray介紹，他們現在正著手尋找最大限度恢復肌肉質（力）量的理想時間。

另一方面，通過改變裝置中材料的組成和厚度，Rogers及其同事可以精確控制它在被吸收到身體前保持功能的天數。新版本可以在降解前提供數周的電脈衝，且設備在體內降解的能力取代了需要移除不可降解設備的二次手術，進而消除了患者的額外風險。

研究還表明，這種裝置可以充當臨時起搏器，並作為脊髓和全身其他刺激部位的介面。表明除了外周神經系統外，這一設備還有其他廣泛的效用。

Rogers說:「近10年來，瞬態電子器件（transient electronic devices）的概念一直是我的團隊非常感興趣的話題，某種意義上來說，這是材料科學的重大探索。我們很興奮，因為我們現在有了材料、設備、製造方法、系統級的工程概念，並可能以與人類健康息息相關的方式運用這些概念。」

責編：浮蘇

參考資料：

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